基于仿生學(xué)與TRIZ理論的PEMFC雙極板流場結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池具有高效安全、環(huán)境友好、工作溫度低、可快速啟動等優(yōu)點，可被廣泛應(yīng)用于航天、軍事、移動電源、便攜電源、區(qū)域性電站等領(lǐng)域。質(zhì)子交換膜燃料以氫氣和氧氣為燃料，整個能量轉(zhuǎn)換過程對環(huán)境幾乎不產(chǎn)生任何負(fù)面影響，廣闊的市場前景和巨大的商業(yè)價值使其成為研究焦點。
　　 雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的重要組成部件，起著分配燃料和氧化劑、收集電流、移除反應(yīng)生成的水、傳導(dǎo)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量、支承膜電極等作用。雙極板上的流場是反應(yīng)氣體輸運通

2、道，流場結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響著質(zhì)子交換膜燃料電池的性能。傳統(tǒng)的雙極板流場存在壓降過大、反應(yīng)氣體利用率低、電流密度分布不均等不足，嚴(yán)重制約質(zhì)子交換膜燃料電池性能提升。目前，已有研究人員將分形理論、構(gòu)造理論等引入到雙極板流場結(jié)構(gòu)的設(shè)計之中。
　　 本文從發(fā)明問題解決理論(TRIZ)出發(fā)，探討質(zhì)子交換膜燃料電池中存在的技術(shù)矛盾，確定了功率與水的含量二者之間存在著矛盾沖突。在矛盾矩陣表中，針對功率與物質(zhì)的量之間的技術(shù)矛盾，TRIZ理論推薦

3、了包括增加非對稱性、周期性動作、拋棄或再生在內(nèi)的3條創(chuàng)新原理。本文最終確定采用增加非對稱性原理來設(shè)計新型流場結(jié)構(gòu)。植物葉脈結(jié)構(gòu)是天然存在的非對稱性結(jié)構(gòu)，其經(jīng)過自然的進(jìn)化，必然有其優(yōu)越性，且葉脈輸送養(yǎng)分的模式與質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)氣體的傳輸有著極大程度的相似。本文建立了新型仿生流場的結(jié)構(gòu)，利用Fluent軟件對新型仿生流場和平行流場進(jìn)行了模擬仿真，比較分析了二者在反應(yīng)氣體分布、壓降等方面的性能差異。同時，本文還對不同操作條件對質(zhì)子交換膜